Формално натоварване: Формула, как да се изчисли и примери

Формалният заряд (CF) е този, който е присвоен на атом от молекула или йон, което позволява да се обяснят неговите структури и химични свойства в зависимост от него. Тази концепция предполага разглеждане на максималния характер на ковалентността в AB връзката; това означава, че двойката електрони се разпределя поравно между A и B.

За да разберем горепосоченото в долното изображение, два атома са показани свързани: единият, обозначен с буквата А, а другият с буквата Б. Както може да се види, в пресечната точка на кръговете се образува връзка с двойката ":". В тази хетероядрена молекула, ако А и В имат еднакви електроотрицателни стойности, двойката ":" остава на еднакво разстояние от двете А и В.

Обаче, тъй като два различни атома не могат да имат идентични свойства, двойката ":" е привлечена от тази, която е по-електроотрицателна. В този случай, ако А е по-електроотрицателен от В, двойката ":" е по-близо до А, отколкото до Б. Обратното се случва, когато В е по-електроотрицателно от А, приближавайки се сега ":" до Б.

След това, за да присвоим формалните такси към А и В, е необходимо да разгледаме първия случай (този над изображението). Ако чисто ковалентната AB връзка се разруши, настъпва хомолитичен счупване, което генерира свободните радикали A · и · B.

Качествени ползи от използването на официални товари

Електроните не са фиксирани, както в предишния пример, но те пътуват и се губят от атомите на молекулата или йона. Ако е двуатомна молекула, е известно, че двойката ":" трябва да бъде споделена или скитаща между двата атома; същото се случва в молекулата от типа АВС, но с по-голяма сложност.

Въпреки това, чрез изучаване на атом и приемане на сто процента ковалентност в неговите връзки, е по-лесно да се установи дали той печели или губи електрони в съединението. За да определите тази печалба или загуба, вашият основен или свободен статус трябва да се сравни с вашата електронна среда.

По този начин е възможно да се зададе положителен заряд (+), ако атомът загуби електрона, или отрицателен заряд (-), когато, напротив, той придобие електрон (знаците трябва да бъдат записани в кръг).

Така, въпреки че електроните не могат да бъдат разположени точно, тези формални заряди (+) и (-) в структурите в повечето случаи са съобразени с очакваните химични свойства.

Тоест, формалният заряд на атома е тясно свързан с молекулярната геометрия на околната среда и неговата реактивност в съединението.

Формула и как да я изчислим

Предвидени ли са официални обвинения произволно? Отговорът е не. За това трябва да се изчисли коефициентът на загуба или загуба на електрони, като се приемат чисто ковалентни връзки, което се постига чрез следната формула:

CF = (номер на атомната група) - (брой връзки, които образува) - (броя на електроните, които не са споделени)

Ако атомът има CF с стойност +1, то се присвоява положителен заряд (+); като има предвид, че ако имате CF с стойност -1, то тогава ви е зададен отрицателен заряд (-).

За правилно изчисляване на CF трябва да се следват следните стъпки:

- Намерете в коя група се намира атомът в периодичната таблица.

- Пребройте броя на връзките, които създавате със съседите си: двойните връзки (=) са на стойност два, а тройните връзки са три (≡).

- И накрая, пребройте броя на споделените електрони, които лесно могат да се наблюдават със структурите на Луис.

Вариации на изчислението според структурата

Като се има предвид линейната молекула ABCD, формалните такси за всеки атом могат да варират, ако структурата, например, сега е записана като: BCAD, CABD, ACDB и др. Това е така, защото има атоми, които чрез споделяне на повече електрони (образувайки повече връзки), придобиват CF положителни или отрицателни.

И така, коя от трите възможни молекулни структури съответства на съединението ABCD? Отговорът е: този, който обикновено има най-ниски стойности на CF; също така този, който присвоява отрицателните заряди (-) на най-електроотрицателните атоми.

Ако С и D са по-електроотрицателни от А и В, тогава чрез споделяне на повече електрони те придобиват положителни формални заряди (видени от мнемонично правило).

По този начин най-стабилната и най-енергийно ефективна структура е CABD, тъй като в този случай и C, и B образуват само една връзка. От друга страна, ABCD структурата и тези с С или В, образуващи две връзки (-C- или -D-) са по-нестабилни.

Коя от всички структури е най-нестабилна? ACDB, защото не само С и D образуват две връзки, но и техните отрицателни формални заряди (-) са съседни един на друг, което допълнително дестабилизира структурата.

Примери за формални изчисления на таксите

BF ₄ - (тетрафлуороборат-йон)

Боровият атом е заобиколен от четири флуорни атома. Като се има предвид, че B принадлежи към група IIIA (13), липсват споделени електрони и образуват четири ковалентни връзки, нейният CF е (3-4-0 = -1). От друга страна, за F, елемент от група VIIA (17), неговият CF е (7-6-1 = 0).

За да се определи заряда на йона или молекулата, достатъчно е да се добавят отделните CFs на атомите, които го съставят: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

Въпреки това, CF за B няма истинско значение; това означава, че най-високата електронна плътност не се намира на това. В действителност, тази електронна плътност се разпределя към четирите атома на F, много по-електроотрицателен елемент от B.

BeH ₂ (берилиев хидрид)

Берилиевият атом принадлежи към група IIA (2), образува две връзки и липсва, отново, не споделени електрони. По този начин, CFs за Be и H са:

CF _Be = 2-2-0 = 0

CF _H = 1-1-0 = 0

Натоварване BeH ₂ = 1 (0) + 2 (0) = 0

СО (въглероден оксид)

Нейната структура на Люис може да бъде представена като: C≡O: (въпреки че има други резонансни структури). Повтаряйки изчислението на CF, този път за C (от групата по ДДС) и за O (от групата VIA), имаме:

CF _С = 4-3-2 = -1

CF _O = 6-3-2 = +1

Това е пример, при който формалните такси не съответстват на естеството на елементите. О е по-електроотрицателен от С и следователно не трябва да носи положителен.

Другите структури (C = O и (+) CO (-)), при спазване на съгласуваното разпределение на зарядите, не отговарят на правилото за октета (C има по-малко от осем валентни електрона).

NH4 + (амониев йон), NH3 и NH2 - (амиден йон)

колкото повече електрони са N-те, толкова по-положително е неговото CF (до амониевия йон, тъй като няма налична енергия за образуване на пет връзки).

Прилагайки също така изчисленията за N в амониевия йон, амоняка и амидуроновия йон, ние имаме:

CF = 5-4-0 = +1 (NH4 +)

CF = 5-3-2 = 0 (NH3)

И накрая:

CF = 5-2-4 = -1 (NH2-)

Тоест, в NH2 - N има четири не споделени електрона и споделя всички, когато образува NH ₄ +. CF за H е равен на 0 и следователно неговото изчисление се запазва.